精度。加工中心是目前数控机床中产量最大应用最广的数控机床。带有刀具自动交换装置能次集中完成多种工序加工的数控加工设备。数控机床实现了中小批量加工自动化，改善了劳动条件。此外，它还具有生产率高加工精度稳定产品成本低等系列优点。为了进步发挥这些优点，数控机床遂向工序集中，即台数控机床在次装夹零件后能完成多任务序加工的数控机床即加工中心方面发展。钻镗铣车等单功能数控机床只能分别完成钻镗铣车等作业，而在机械制造工业中，大部分零件都是需要多任务序加工的。在单功能数控机床的整个加工过程中，真正用于切削的时间只占左右，其余的大部分时间都花费在安装调整刀具搬运装卸零件和检查加工精度等辅助工作上。在零件需要进行多种工序加工的情况下，单功能数控机床的加工效率仍然不高。加工中心般都具有刀具自动交换功能，零件装夹后便能次完成钻镗铣攻丝等多种工序加工。加工中心的组成部分加工中心分两大部分数控机床和刀具自动交换装置。刀具自动交换装置应能满足以下几个方面的要求换刀时间短刀具重复定位精度高识刀选刀可靠，换刀动作简单④刀库容量合理，占地面积小，并能与主机配合，使机床外观完整刀具装卸调整维护方便。刀具自动交换系统由刀库刀具交换装置刀具传送装置刀具编码装置识刀器等五个部分组成。刀库刀库是存贮加工所需各种类型刀具的仓库。它是刀具自动交换系统中的重要组成部分，具有接受刀具传送装置送来的刀具和将刀具给予刀具传送装置的功能。它的容量布局和具体结构对整个加工中心的总体布局和性能有很大的影响，按其结构形状可分为以下六种圆盘式刀库，又分为轴向式刀具中心线与圆盘中心线平行径向式刀具中心线与圆盘中心线垂直和多盘式在根旋转轴上分设几层圆盘刀库。转塔式刀库，又分倾斜式和水平式。鼓轮式刀库。④链式刀库。格子式刀库。直线式刀库。应当根据被加工零件的工艺要求合理的确定刀库的存储量。根据对车床铣床和钻床的所需刀具的数的统计表明，在加工过程中经常使用的刀具数目并不很多，对于钻削加工，用把不同的规格的刀具就可以完成约的加工，即使要求完成的工件加工，用把刀具也就足够了。对于铣削加工，需要的刀具更少，用把不同规格的铣刀就能完成约加工，用把不同规格的铣刀可以加工的工件。因此从使用角度来看，刀库的存储量般为把较为合适，多的可达把刀，超过把刀的很少。刀具交换装置机械手它的职能是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行交换，其动作循环为拔刀新旧刀具交换装刀。换刀机械手种类繁多，可以说每个厂家都可以推出自己的机械手，基本上换刀装置按交换方式又分为两类。无机械手换刀由刀库与机床主轴的相对运动实现换刀。在这类装置中，刀库般为格子式，装在工作台上。换刀时，先使工作台与主轴相对运动，将使用过的旧刀送回刀库，然后再使工作台与主轴相对运动次，从刀库中取出新刀。这种换刀方式的换刀时间长，另外刀库设置在工作台上，减少了工作台的有效使用面积。采用机械手换刀机械手刀具交换装置，有单臂单手式机械手回转式单臂双机械手双臂机械手多手式机械手。特别是双臂机械手刀具交换装置具有换刀时间短动作灵活可靠等优点，应用最为广泛。双臂机械手中最常用的几种结构有钩手抱手伸缩手叉手。双臂机械手进行次换刀循环的基本动作为抓刀手臂旋转或伸出，同时抓住主轴和刀库里的刀具拔刀主轴松开，机械手同时将主轴和刀库中的刀具拔出换刀手臂转，新旧刀交换插刀同时将新刀插入主轴，旧刀插入刀库，然后主轴夹紧刀具缩回手臂缩回到原始位置。机械手的手爪，大都采用机械锁刀的方式，有些大型的加工中心，也有采用机械加液压的锁刀方式，以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出。运刀装置当刀库容量较大布置得离机床较远时，就需要安排两只机械手来完成新旧刀的交换动作，只靠近刀库，称为后机械手，完成拔新刀插旧刀的动作只靠近主轴，称为前机械手，完成拔旧刀插新刀的动作。在前后机械手之间则设有运刀装置。它方面将前机械手从主轴上拔出的旧刀运回刀库旁，以便后机械手将该旧刀拔出并插回刀库另方面则将后机械手从刀库中拔出的新刀运到主轴旁，以便前机械手将该新刀拔出并插入主轴。运刀器的职能就是在前后机械手之间来回运送新旧刀具。刀具编码装置将加工所需的刀具自动地从刀库中选择出来称为自动选刀，有顺序选择和编码选择两种方式。顺序选择方式将在加工中心上加工零件所需的全部刀具按工序先后依次插入刀库中。加工时按加工顺序取用。采用这种选刀方式不需要识刀器，刀库结构及其驱动装置都非常简单，每次换刀时控制刀库转位次即可。采用顺序选刀方式时，为个工件准备的刀具，不能在其他工件中重复使用，这在定程度上限制了机床的加工能力。固定地址选择方式这是种对号入座的方式，又称为刀座编码方式。这种方式是对刀库的刀座进行编码，并将与刀座编码相对应的刀具放入指定的刀座中。然后根据刀座的编码选取刀具。该方式使刀柄的结构简化，刀具可以做得较短，但刀具不能任意安放，定要插入配对的刀座中。与顺精度，故常采用导向形式来加强定位。三改进缓冲装置和提高配合精度机械手的缓冲装置是保证运动平稳和减少振动的主要措施。机械冲击，它是在臂部运动中与定位装置相碰撞而产生的。它可用缓冲装置来消除。四采取的措施提高部件的配合精度，减少间隙，有利于运动平稳，特别是高速运动的机械手更需要保证加工精度和提高配合。机械手的紧固件在运动中受变载荷的作用必须采用防松措施。综合以上所述，我在设计机械手手臂的时候采用了完全中心对称的机构，并且通过调整螺栓来调整机械手手臂的水平。因为整体的尺寸很小，所以机械手换刀臂的轴的直径比较小，并不适合采用键连接来传动，所以采取了胀缩环这个标准件来连接机械手换刀臂和机械手换刀臂的轴。胀缩环具有非常好的对中性，并且能够传递非常大的转距，结构简单，非常适用在机构尺寸小的结构中。机械手换刀臂的结构简图如图所示。这个手臂的形状，完全按照中心对称的方式设计，但是为了适应不同型号的刀柄，两边的刀爪是可以拆卸调换的。图机械手传动结构的设计根据第章的介绍，我选择凸轮换刀装置作为传动方案。凸轮机械手换刀装置是目前加工中心常用的机构之，与传统的气动液压换刀机构相比，它具有换刀速度快换刀可靠运动平稳的特点。近年来加工中心得到了广泛的应用。凸轮机械手换刀装置通常由个凸轮以及相应的机构组成，其中，个平面凸轮通过连杆机构，用来完成装刀与拔刀动作另个弧面凸轮带动凸轮分度机构，用来实现机械手的转位，完成抓刀和换刀动作。图凸轮机械手换刀机构原理图驱动电动机减速器锥齿轮平面凸轮弧面凸轮连杆机构机械手滚动盘电气信号盘凸轮换刀装置的结构原理如图所示，它主要由驱动电动机减速器平面凸轮弧面凸轮连杆机械手等部件构成。换刀时，驱动电动机连续回转，通过减速器与凸轮换刀装置连接，提供装置的动力并通过平面凸轮弧面凸轮以及相应的机构，将驱动电动机的连续运动转化为机械手的间歇运动。图中，平面凸轮通过锥齿轮和减速器连接，在驱动电动机转动时，通过连杆机构，带动机械手在垂直方向作上下运动，以实现机械手在主轴上的拔刀装刀动作。弧面凸轮和平面凸轮相连，在驱动电动机回转时，通过滚动盘共个滚珠带动花键转动，花键轴带动机械手在水平方向上作旋转动作，以实现从机械手转位，完成抓刀和换刀动作。电气信号盘中安装有若干开关，以检测机械手实际运动情况，实现电气互锁。弧面凸轮转角平面凸轮转角图平面凸轮和弧面凸轮的运动过程平面凸轮与弧面凸轮的动作配合曲线如图所示。在驱动电动机的带动下，弧面凸轮在的范围内，完成机械手的转位动作。在的范围内弧面凸轮平面凸轮均不产生机械手运动，用于松开刀具。当凸轮继续转动到的范围内，平面凸轮通过连杆机构带动机械手进行向下运动其中，在范围内，只有平面凸轮带动机械手作向下的运动，机械手同时拔出主轴刀库中的刀具在的范围内，因刀具已经脱离主轴的刀座，两凸轮同时动作，即在机械手继续向下的过程中，已经开始进行转位，以提高换刀速度。在凸轮转动到的范围内，弧面凸轮带动机械手进行转位，完成主轴与刀库的刀具交换当进入的范围时，两凸轮同时动作，平面凸轮已经开始通过连杆机构带动机械手进行向上运动，以提高换刀速度。从起，平面凸轮带动机械手向上运动，机械手同时将主轴刀库中的刀具装入刀座这动作在范围，完成装刀动作。接着的范围内，弧面凸轮平面凸轮均不产生机械手运动，机床进行刀具的夹紧动作，这动作由机床的气动或液压机构完成。在的范围内，弧面凸轮完成机械手反向转位动作，在机械手回到原位，换刀结束。换刀机械手的参数和计算手臂的弯曲变形手臂受到自身重力和刀具的重力左右，所以会有弯曲变形，如果弯曲太大，就会造成换刀时手臂和刀具的干涉，造成机器的损坏。手臂的自身重力可以通过简化的方式转化为个长度为，宽，高的长方体来计算，刀具的重量手臂材料的抗拉强度屈服强度图手臂的受力可以简化为图所示如上图所示，可简化为悬臂梁来处理，则任意横截面上的弯矩为得挠曲线方程刀具重力所造成的弯曲刀臂自重所造成的弯曲其中最大挠度为刀具重力所造成的弯曲刀臂自重所造成的弯曲端截面转角为刀具重力所造成的弯曲刀臂自重所造成的弯曲计算得刀具重量所造成的弯曲刀臂自身重量所造成的弯曲通过以上的计算可知，换刀机械手的手臂的弯曲非常小，根本不会对实际工作造成任务影响，所以是符合要求的。电动机的选择根据设计要求，锥齿轮的传动比为，大齿轮每转圈，所以小齿轮每转圈。速度为，电动机没有这个转速的，所以要通过减速系统减速来达到要求转速。假设减速比为，通过咨询和调查，决定选择厂家生产的型号伺服电机，具体参数如下制造商型号电源，电压相，额定功率转速换刀过程整个换刀的过程和关系如图所示。刀具预备在机床进行加工的同时，根据数控系统作出的代码指令，把需要换的新刀回转到指定位置，完成刀具的预选动作，为刀具交换做好准备。主轴定向准停在换刀指令发出后，首先进行主轴定向准停，使主轴上的定位键方向和刀库位键致。与此同时，轴快速的向上运动到换刀点，刀杯旋转，使刀具轴